DE2748665B1

DE2748665B1 - Displacement machine

Info

Publication number: DE2748665B1
Application number: DE19772748665
Authority: DE
Inventors: Gerd Prof Dr-Ing Kiper; Roland Dipl-Ing Teubner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-29
Filing date: 1977-10-29
Publication date: 1979-05-31
Also published as: FR2407372A1; GB2023736B; DE2748665C2; FR2407372B1; GB2023736A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine mit mindestens zwei gegenläufig kämmenden Verdrängerkörpern, die mit der umschließenden Gehäuseinnenwandung umlaufende veränderliche Räume bilden.The invention relates to a displacement machine with at least two mutually intermeshing displacement bodies, which form circumferential variable spaces with the enclosing inner wall of the housing.

Es sind Verdrängermaschinen bekannt, die als zweiachsige Drehkolbenmaschinen ausgebildet sind. Bei außenverzahnten Zahnradpumpen bzw. Zahnradmotoren sind die Verdrängerkörper zentrisch gelagerte Zahnräder. Deren umlaufenden Zahnlücken bilden mit der umschließenden Gehäuseinnenwandung jeweils im wesentlichen unveränderliche Räume. Infolgedessen sind die allein mittels der Zahnlücken verschiebbaren Fördervolumina vergleichsweise klein. Bekannt sind weiterhin Verdrängermaschinen (vgl. DE-PS 6 05 028), die als zweiachsige Drehkolbenmaschinen mit an ihren Umfangen durch Zähne zwangläufig miteinander verbundenen ellipsenähnlichen Kolben arbeiten, welche mit der umschließenden Gehäuseinnenwandung umlaufende veränderliche Räume bilden. Die Fertigung derartiger unrunder verzahnter Kolben erfordert jedoch einen hohen Aufwand.Displacement machines are known which are designed as two-axis rotary piston machines. at externally toothed gear pumps or gear motors, the displacement bodies are centrally mounted Gears. Their circumferential tooth gaps form with the enclosing inner wall of the housing in each case essential immutable spaces. As a result, they can only be moved by means of the tooth gaps Conveying volumes are comparatively small. Displacement machines are also known (see DE-PS 6 05 028), as two-axis rotary piston machines with their circumference by teeth inevitably with one another connected ellipse-like pistons work, which encircle with the surrounding inner wall of the housing create changeable spaces. The manufacture of such non-circular toothed pistons requires but a lot of effort.

Demgegenüber ist es das Ziel der Erfindung, eine Verdrängermaschine der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die einerseits von vergleichbar geringem Fertigungsaufwand wie die außenverzahnte Zahnradpumpe, andererseits aber zur Förderung größerer Volumina als diese bei vergleichbarer Größe geeignet istIn contrast, it is the aim of the invention to provide a displacement machine of the type mentioned at the beginning to create, which, on the one hand, have a comparably low manufacturing cost as the externally toothed gear pump, on the other hand, however, suitable for conveying larger volumes than these with a comparable size is

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Verdrängerkörper Zahnräder sind, von denen mindestens ein Zahnrad mit einer exzentrischen Drehachse versehen istAccording to the invention this is achieved in that the displacement bodies are gears, of which at least a gear is provided with an eccentric axis of rotation

In einer vorteilhaften Ausbildung können die beiden zusammenwirkenden Zahnräder gleich ausgebildet sein. s Als zweckmäßig erweist sich in einem solchen Fall, die beiden Zahnräder in ihrer Extremlage in gleicher Richtung wirken zu lassen. Bei einer üblicherweise kreisrund zur Zahnraddrehachse ausgebildeten Innenwandung des umschließenden Gehäuses erfolgt dieIn an advantageous embodiment, the two interacting gears can be of the same design. In such a case, it is useful to have the two gears in their extreme position in the same position Let direction work. In the case of an inner wall which is usually circular in relation to the axis of rotation of the gearwheel of the enclosing housing takes place

to tangential Dichtung zwischen dieser und dem äußersten Zahnkopf, d. h. dem der außermittigen Lagerung des Zahnrades gegenüberliegenden Zahnkopf. Es kann in weiterer Ausbildung der Erfindung zweckmäßig sein, den der außermittigen Lagerung des Zahnrades gegenüberliegenden Zahn zu kürzen. Vorteilhaft erfolgt die Kürzung in der Weise, daß der Zahnkopf des gekürzten Zahnes bzw. die Zahnköpfe der mitgekürzten Nachbarzähne begrenzt werden durch eine Zylinderfläche, und zwar um die Zahnraddrehachse. Eine besonders einfache, ventillose Bauweise ist bei weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung dadurch erzielbar, daß die umlaufenden Zahnräder so bemessen sind, daß sie die veränderlichen Räume auf Saug- und Druckseite ständig voneinander trennen.to tangential seal between this and the outermost Tooth tip, d. H. the tooth tip opposite the eccentric bearing of the gear. It can be useful in a further embodiment of the invention, that of the eccentric mounting of the gear shorten the opposite tooth. The shortening is advantageously carried out in such a way that the tooth tip of the shortened tooth or the tooth tips of the shortened neighboring teeth are limited by a cylindrical surface, namely around the gear axis of rotation. Another is a particularly simple, valveless design advantageous embodiment of the invention can be achieved in that the rotating gears are dimensioned so that they constantly separate the variable spaces on the suction and pressure side from one another.

Weitere Einzelheiten sind den für einige beispielhafte Ausführungen dargestellten Figuren nebst Erläuterungen zu entnehmen. Es zeigtFurther details can be found in the figures and explanations shown for some exemplary embodiments refer to. It shows

F i g. 1 eine mögliche Ausführungsform einer Verdrängermaschine mit einem außermittig gelagerten Kleinrad und antreibendem Großrad,F i g. 1 shows a possible embodiment of a displacement machine with an eccentrically mounted Small wheel and driving large wheel,

Fig.2 eine mögliche Ausführungsform einer Verdrängermaschine mit außermittiger Lagerung der beiden ungleich großen Zahnräder,2 shows a possible embodiment of a displacement machine with eccentric mounting of the two unequal sized gears,

Fig.3 eine mögliche Ausführungsform einer Veras drängermaschine mit außermittiger Lagerung der beiden gleichen Zahnräder,3 shows a possible embodiment of a Veras pusher machine with eccentric mounting of the same two gears,

F i g. 4 eine der Ausbildung der F i g. 3 entsprechende Ausführung mit Kopfkürzungen der den außermittigen Lagerungen gegenüberliegenden Zähne;F i g. 4 one of the training of the F i g. 3 corresponding design with head shortening of the eccentric ones Opposing teeth bearings;

F i g. 5 und 6 die Verdrängermaschine nach F i g. 4 in verschiedenen Stellungen der Zahnräder.F i g. 5 and 6 the displacement machine according to FIG. 4 in different positions of the gears.

Im Gebläse der F i g. 1 bezeichnen 1 das Maschinengehäuse, 2 die Welle des treibenden Zahnrades 3 und 4 die Welle des mit dem treibenden Zahnrad 3 im Eingriff stehenden Kleinrades 5. Das Kleinrad 5 ist außermittig zur Welle 4 gelagert bzw. mit dieser verbunden. Die Gehäuse-Innenwandung 6 ist konzentrisch zum Zahnrad 3 und dessen Welle 2. Die Gehäuse-Innenwandung 7 ist konzentrisch zur Welle 4 des Kleinrades 5. Der derIn the fan of FIG. 1 denotes 1 the machine housing, 2 the shaft of the driving gear 3 and 4 the shaft of the driving gear 3 in mesh standing small wheel 5. The small wheel 5 is mounted eccentrically to the shaft 4 or connected to it. the The inner wall of the housing 6 is concentric with the gear 3 and its shaft 2. The inner wall of the housing 7 is concentric to the shaft 4 of the small gear 5. The der

so Mittenversetzung 8 gegenüberliegende Zahnkopf 9 bestimmt den Radius der Zylindermantelfläche der Gehäuse-Innenwandung 7; beide berühren sich nahezu bis auf das notwendige Bewegungsspiel. In der Saugleitung 10 liegt ein Rückschlagventil 11. Die Druckleitung 12 ist in bekannter Weise gegenüber der Saugleitung mit geringerem Querschnitt versehen. Bei Drehen des Zahnrades 3 in Pfeilrichtung 13 wird der Zahnkopf 9 zur Druckleitung hin verdreht Das zwischen der Gehäuse-Innenwandung 7 und dem Kleinrad S über dessen Zahnlücken hinaus eingeschlossene Vakuum 14 wird dabei so lange verkleinert bis Zahnkopf 9 die Ausiaßkante 15 der Druckleitung erreicht Das eingeschlossene Medium wird in die Druckleitung verschoben. Gleichzeitig vergrößert sich das zwischen der Gehäuse-Innenwandung 7 und dem Kleinrad 5 über dessen Zahnlücken hinaus eingeschlossene Volumen 16; über die Saugleitung 10 wird angesaugt. Der Mittenversatz 8 ist im Verhältnis zu denso offset 8 opposite tooth tip 9 determines the radius of the cylinder jacket surface of the housing inner wall 7; both almost touch each other except for the necessary play of movement. In the suction line 10 there is a check valve 11. The pressure line 12 is provided in a known manner with a smaller cross-section than the suction line. When the gear 3 is rotated in the direction of the arrow 13, the tooth head 9 is rotated towards the pressure line.The vacuum 14 enclosed between the housing inner wall 7 and the small wheel S beyond its tooth gaps is reduced until the tooth tip 9 reaches the outlet edge 15 of the pressure line Medium is shifted into the pressure line. At the same time, the volume 16 enclosed between the housing inner wall 7 and the small wheel 5 beyond its tooth gaps increases; Suction takes place via the suction line 10. The center offset 8 is in relation to the

Zahnhöhen so gewählt, daß in der dargestellten Extremlage des Kleinrades noch ausreichendes Verdrehflankenspiel gewährleistet ist. Für diese Stellung des Kleinrades ist der Kopfkreis 17 punktiert angedeutet. Tooth heights chosen so that in the extreme position of the small gear shown there is still sufficient backlash is guaranteed. For this position of the small wheel, the tip circle 17 is indicated by dotted lines.

Eine mögliche Ausführungsform einer Pumpe, bei welcher beide zusammenwirkenden Zahnräder außermittig gelagert sind, zeigt die F i g. 2, in welcher aus F i g. 1 übernommene Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Das Maschinengehäuse 101 weist koaxial zu den Wellen 2, 4 von treibendem Zahnrad 103 und Kleinrad 105 zylindrische Gehäuse-Innenwandungen 106, 107 auf. Der Radius der Gehäuse-Innenwandung 107 wird wiederum durch den Zahnkopf 109 des der Mittenversetzung 108 des Kleinrades 105 is gegenüberliegenden Zahnes bestimmt und analog hierzu der Radius der Gehäuse-Innenwandung 106 durch den Zahnkopf 119 des der Mittenversetzung 118 des Zahnrades 103 gegenüberliegenden Zahn. Für die Funktionsweise gilt im wesentlichen das zu F i g. 1 Gesagte. Durch Drehen des Zahnrads 103 in Pfeilrichtung 13 werden die eingeschlossenen Volumina 114,114' zur Druckleitung 12 hin unter Verkleinerung verschoben, während gleichzeitig die Volumina 116, 116' vergrößert werden. Die Mittenversetzungen 108, 118 von Kleinrad 105 bzw. Zahnrad 103 sind im Verhältnis zu den Zahnhöhen so gewählt, daß in jeder möglichen Stellung derselben sowohl eine ausreichende Überdekkung der Zähne als auch ein ausreichendes Verdrehflankenspiel gewährleistet sind.A possible embodiment of a pump in which both interacting gearwheels are mounted off-center is shown in FIG. 2, in which from FIG. 1 adopted details are denoted by the same reference numerals. The machine housing 101 has cylindrical housing inner walls 106, 107 coaxial with the shafts 2, 4 of the driving gear 103 and the small wheel 105 . The radius of the inner wall of the housing 107 is in turn determined by the tooth tip 109 of the tooth opposite the offset 108 of the small gear 105 is and, analogously, the radius of the inner wall 106 of the housing is determined by the tip 119 of the tooth opposite the offset 118 of the gear 103. For the mode of operation, the following applies essentially to FIG. 1 said. By rotating the gear 103 in the direction of the arrow 13, the enclosed volumes 114, 114 'are shifted towards the pressure line 12 while reducing the size, while at the same time the volumes 116, 116' are increased. The center offsets 108, 118 of small gear 105 and gear 103 are selected in relation to the tooth heights so that in every possible position of the same, both a sufficient covering of the teeth and a sufficient circumferential backlash are guaranteed.

In Fig.3 ist eine Pumpe gemäß der Erfindung gezeigt, bei welcher wie in F i g. 2 beide Zahnräder außermittig gelagert sind. Mit den gleichen Zahnrädern 203, 203' und somit gleichen Mittenversetzungen 208, 208' derselben gegenüber ihren Wellen 2, 4 können letztere vergleichsweise groß ausgebildet werden, wenn sie, wie dargestellt, in ihrer Extremlage in gleicher Richtung wirkend vorgesehen sind. Die zylindrischen Gehäuse-Innenwandungen 206, 207 sind wiederum koaxial zu den Wellen 2, 4 und bestimmen sich sinngemäß wie zu F i g. 3 beschrieben. In der gezeichneten Lage der Zahnräder sind Saug- und Druckseite nur durch den Zahnkopf 219 und Gehäuse 201 getrennt Es findet keine Förderung statt. Bei Weiterdrehen des Zahnrades 203 in Pfeilrichtung 13 gelangt der Zahnkopf 219' des Zahnrades 203' zur Überdeckung mit der Gehäuse-Innenwandung 207 an der Einlaßkante 215 der Saugleitung 10. Hierdurch werden Saug- und Druckleitung voneinander getrennt; es kann gefördert werden, bis der Zahnkopf 219 am Zahnrad 203 die Überdeckung mit der Gehäuse-Innenwandung 206 an der Auslaßkante 215' der Druckleitung verliert. Es folgt wieder eine Phase ohne Förderung, bis nämlich der Zahnkopf 219 wieder Überdeckung mit der Gehäuse-Innenwandung 206 auf der Saugseite gewinnt, der sich eine zweite Phase mit Förderung anschließt; sie währt so lange, bis der Zahnkopf 219' seinen Eingriff mit der Gehäuse-Innenwandung 207 auf der Druckseite verliert, bevor er nach Vollendung einer vollen Drehung wieder in die gezeichnete Lage gelangt.In Figure 3, a pump according to the invention is shown, in which as in F i g. 2 both gears are off-center. With the same gears 203, 203 'and thus the same center offsets 208, 208' of the same relative to their shafts 2, 4, the latter can be made comparatively large if, as shown, they are intended to act in the same direction in their extreme position. The cylindrical housing inner walls 206, 207 are again coaxial with the shafts 2, 4 and are determined analogously to FIG. 3 described. In the position of the gears shown, the suction and pressure sides are only separated by the tooth head 219 and the housing 201. There is no conveyance. When the gear wheel 203 continues to rotate in the direction of arrow 13, the tooth head 219 'of the gear wheel 203' overlaps the housing inner wall 207 at the inlet edge 215 of the suction line 10. This separates the suction and pressure lines from one another; it can be promoted until the tooth head 219 on the gear 203 loses the overlap with the housing inner wall 206 at the outlet edge 215 'of the pressure line. A phase without conveyance follows again, until namely the tooth tip 219 regains overlap with the housing inner wall 206 on the suction side, which is followed by a second phase with conveyance; it lasts until the tooth head 219 'loses its engagement with the housing inner wall 207 on the pressure side, before it returns to the position shown after completing a full rotation.

Fig.4 zeigt eine weitere mögliche, besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Ausbildung einer Pumpe, die im wesentlichen der Ausbildung nach Fig.3 entspricht. Sie unterscheidet sich von dieser jedoch dadurch, daß die den Mittenversetzungen 308, 308' gegenüberliegenden Zähne gekürzt sind. Die Kürzung ist so vorgenommen, daß die Zahnköpfe durch Zylindermantelflächen 320, 320' konzentrisch zu den Wellen 2, 4 und in Anpassung an die zu diesen Wellen koaxialen zylindrischen Gehäuse-Innenwandungen 306, 307 begrenzt werden. Zweckmäßig sind die Zahnräder mit ihren Zahnhöhen und Mittenversetzungen sowie Zahnkopfkürzungen zu den Gehäuse-Innenwandungen und den Saug- und Druckleitungen so aufeinander abgestimmt, daß stets jeweils wenigstens ein Zahnkopf des Rades 303 mit der Gehäuse-Innenwandung 306 und wenigstens ein Zahnkopf des Rades 303' mit der Gehäuse-Innenwandung 307 in Überdeckung steht Aus den F i g. 5 und 6, die die Anordnung nach F i g. 4 in zwei anderen, durch Weiterdrehen des Zahnrades 303 in Richtung des Pfeiles 13 um etwa 45° bzw. um 180° sich ergebenden Stellungen des Räderpaares zeigen, ist dies erkennbar. Hierdurch wird erreicht, daß die Verschiebung der jeweils gegenüber der Saugseite abgesperrten Volumina wechselweise zur Druckseite hin und ohne Unterbrechung der Förderung erfolgt; ein Rückschlagventil ist demgemäß nicht erforderlich.FIG. 4 shows a further possible, particularly advantageous design of a pump according to the invention, which essentially corresponds to the design according to FIG. It differs from this, however, in that the teeth opposite the center displacements 308, 308 ' are shortened. The shortening is carried out in such a way that the tooth tips are delimited by cylinder jacket surfaces 320, 320 'concentric to the shafts 2, 4 and in adaptation to the cylindrical housing inner walls 306, 307 which are coaxial with these shafts. The gears with their tooth heights and center offsets as well as tooth tip shortenings to the inner walls of the housing and the suction and pressure lines are appropriately matched to one another in such a way that at least one tooth tip of the wheel 303 with the housing inner wall 306 and at least one tooth tip of the wheel 303 'with the inner wall of the housing 307 overlaps from FIGS. 5 and 6, which show the arrangement of FIG. This can be seen in two other positions of the pair of wheels resulting from further turning of the gear wheel 303 in the direction of the arrow 13 by about 45 ° or by 180 °. What is achieved hereby is that the displacement of the volumes blocked in each case with respect to the suction side takes place alternately towards the pressure side and without interrupting the delivery; a check valve is accordingly not required.

Selbstverständlich sind gegenüber den beispielhaft in den Figuren dargestellten erfindungsgemäßen Ausgestaltungen von Verdrängermaschinen verschiedenartige Abwandlungen möglich, und zwar sowohl hinsichtlich ihres denkbaren Einsatzes als auch in bezug auf konstruktive Einzelheiten. So ist die Maschine nicht nur als Pumpe, sondern auch als Motor einsetzbar, z. B. als Flüssigkeitszähler. Der Antrieb kann, hiervon unabhängig, alternativ natürlich auch über das Kleinrad eingegeben werden. Die Antriebswelle kann fliegend gelagert sein oder beidseitig. Gleiches gilt für die Welle des mittelbar angetriebenen Zahnrades. Dies kann aber gegebenenfalls auch drehbar gegenüber einer festen Achse gelagert sein. Die Zahnräder können naturgemäß eine ungerade Zähnezahl aufweisen oder eine gerade Zähnezahl besitzen, wie in Fig.4 angedeutet Im letzteren Fall erfolgt sinngemäß zur größten Kopfkürzung eine entsprechend größte Rücknahme 319, 319* der Zahnrad-Außenkontur im Bereich einer Zahnlücke am Zahnrad 303,303'.Of course, various modifications are possible with respect to the designs of positive displacement machines according to the invention shown by way of example in the figures, both with regard to their conceivable use and with regard to structural details. The machine can be used not only as a pump, but also as a motor, e.g. B. as a liquid meter. Independently of this, the drive can of course also alternatively be entered via the small wheel. The drive shaft can be cantilevered or on both sides. The same applies to the shaft of the indirectly driven gear. However, this can optionally also be mounted rotatably with respect to a fixed axis. The gears may naturally have an odd number of teeth or have an even number of teeth, as indicated in Figure 4. In the latter case carried out analogously to the largest head cuts a corresponding largest redemption 319, 319 * of the gear outer contour in the region of a tooth gap on the gear 303.303 '.

Es ist natürlich auch möglich, die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen von Zweiwellenmaschinen durch sinngemäße Hintereinander- und/oder Parallelschaltung in an sich bekannter Weise zu Drei- oder Mehrwellenmaschinen zu erweitern.It is of course also possible to implement the embodiments of two-shaft machines according to the invention by analogous One behind the other and / or parallel connection in a manner known per se to form three or multiple shaft machines to expand.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Displacement machine with at least two oppositely meshing displacement bodies which form circumferential variable spaces with the enclosing inner wall of the housing, characterized in that the displacement bodies are gears, of which at least one gear (5; 103; 105; 203, 203 ';303,303') with is provided with an eccentric axis of rotation

2. Displacement machine according to claim 1, characterized in that the two gears (203, 203 ') are the same.

3. Displacement machine according to claim 2, characterized in that the two gears (203, 203 ') act in their extreme position in the same direction.

4. Displacement machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tooth (teeth) (319,319 ») opposite the center offset (308, 308 ') is (are) shortened.

5. Displacement machine according to claim 4, characterized in that a cylinder jacket surface (320, 320 ') which is concentric to the axis of rotation of the gearwheel forms the boundary of the shortened teeth (319, 319')

6. Displacement machine according to one of claims 1 to 3 and 5, characterized in that the gears (303, 303 '), the housing inner wall (306,307) and the suction and pressure lines (10, 12) are coordinated so that the rotating gears constantly separate the variable spaces on the suction and pressure side from each other.